广角契伦科夫望远镜聚光器的研究

发布时间：2017-08-13 23:17

  本文关键词：广角契伦科夫望远镜聚光器的研究

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【摘要】：高海拔宇宙线观测站(LHAASO)是我国第十三个五年规划中以宇宙线观测研究为核心的重大科技基础建设项目,它将使我国成为世界上四大宇宙线的研究实验基地之一。广角契伦科夫望远镜列阵(WFCTA)是LHAASO计划的重要组成部分,它将实现宇宙线能谱的高精度测量,探索世界重要之谜——宇宙线的起源。WFCTA主要由光学反射系统、探测器电子学系统及机械支撑与调节系统组成,由光电倍增管阵列组成的探测器位于球面反射镜的焦平面上。由于光电倍增管的几何外形和其光电阴极的有效响应区决定了光电倍增管排列成探测器阵列时必然出现无响应的死区和灵敏度极低的无效区,降低了对契伦科夫光信号的收集效率。为了提高契伦科夫望远镜的探测效率和灵敏度,本文将针对WFCTA的实际应用要求,通过在探测器前端运用聚光器的方法,有效地解决光电倍增管阵列的死区和无效区问题。论文主要工作如下：一.简要介绍了高能宇宙线探测研究的背景和意义,以及LHAASO计划的概况；调研了目前国内外在该领域中对聚光器的研究现状。阐述了聚光器的基本理论,对复合抛物面聚光器的构成、关键参数和特性作了详细分析,为聚光器的设计奠定理论基础。二.根据聚光器的边缘光线原理,设计并优化了适合WFCTA探测器的聚光器结构参数；并在ZEMAX的非序列模式中,对圆形光锥、六边形光锥、复合抛物面聚光器(CPC)、六边形CPC四种不同类型的单个聚光器进行模拟；在混合序列模式中,模拟了实际WFCTA光学系统中聚光器的聚光效果。分析结果表明,六边形CPC具有较好的聚焦效果和光收集效率,选定其为WFCTA探测器的聚光器方案。三.根据六边形CPC的设计参数,对其进行样品加工和测试。通过样品的实验测试表明,本文所设计加工的六边形CPC对光信号的收集效率明显提高,与不使用聚光器相比,其收集效率提高30%,且对光收集的均匀性较好,基本达到了预期要求。
【关键词】：宇宙线 广角契伦科夫望远镜阵列 非成像光学 复合抛物面聚光器 光电倍增管
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH751
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 引言8-20
• 1.1 研究背景及意义8-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 HESS12-13
• 1.2.2 MAGIC13-14
• 1.2.3 CTA14-16
• 1.3 本文研究内容16-20
• 1.3.1 广角契伦科夫望远镜光学系统16-17
• 1.3.2 契伦科夫辐射探测器17-18
• 1.3.3 本文的研究内容18-20
• 第二章 聚光器20-32
• 2.1 太阳能聚光器应用20-21
• 2.2 非成像光学聚光器的基本理论21-22
• 2.2.1 边缘光线法21-22
• 2.2.2 几何矢量流法22
• 2.3 聚光器的设计原理22-29
• 2.3.1 光锥22-23
• 2.3.2 复合抛物面聚光器23-27
• 2.3.3 锥形聚光器和抛物面聚光器27-29
• 2.4 充满介质的全内反射复合抛物面型聚光器29
• 2.5 用于有限远光源的聚光器29-30
• 2.6 本章小结30-32
• 第三章 聚光器设计和模拟32-46
• 3.1 聚光器的设计32-34
• 3.1.1 设计要求32-33
• 3.1.2 初始结构设计33
• 3.1.3 结构优化设计33-34
• 3.2 复合抛物面聚光器性能模拟软件34-35
• 3.2.1 Zemax软件中的序列模式34-35
• 3.2.2 Zemax软件中的非序列模式35
• 3.3 聚光器性能模拟35-44
• 3.3.1 非序列模式中的聚光器模拟35-41
• 3.3.2 混合序列模式中的聚光器模拟41-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 复合抛物面型聚光器实验46-56
• 4.1 六边形CPC样品46
• 4.2 六边形CPC实验测试46-51
• 4.2.1 测试装置46-49
• 4.2.2 LED光强测试49-51
• 4.3 聚光器测试51-54
• 4.3.1 六边形CPC实验51-52
• 4.3.2 高能所聚光器实验52-53
• 4.3.3 六边形CPC和高能所聚光器测试结果对比53-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 总结与展望56-58
• 5.1 总结56
• 5.2 展望56-58
• 参考文献58-62
• 攻读硕士学位期间完成的科研成果62-64
• 致谢64

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本文编号：669536